(57)【要約】【課題】マグネトロンを駆動した際にアノード電流に現れる不均一な振動を低く抑えることができるマグネトロン駆動電源装置を提供する。【解決手段】マグネトロン１３０のアノード電流に相当する出力電流の平均値を監視しながら、当該平均値がユーザによって設定されたマグネトロン１３０の出力設定値に基づくアノード電流の設定値を下回らないように、且つアノード電流に含まれる高調波が最低になるように、マグネトロン１３０に印加するフィラメント電圧をフィラメント定格電圧から０Ｖの間で調整する。これにより、マグネトロン１３０のアノード電流に現れる振動を最小限に抑えることができるフィラメント電圧を設定でき、安定した高周波出力が得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単方向電圧をスイッチングすることで交流高電圧を生成するスイッチング手段と、前記スイッチング手段にて生成された交流高電圧を整流して直流高電圧を出力する整流手段と、を具備し、前記整流手段から出力される直流高電圧をマグネトロンに印加するマグネトロン駆動電源装置において、
前記マグネトロンのアノード側に流入する出力電流を検出する出力電流検出手段と、
前記出力電流検出手段で検出された出力電流からマグネトロンのアノード電流の振動と比例する周波数成分を多く含む帯域の成分を抽出し、抽出した信号成分を整流して出力する高調波変換手段と、
前記高調波変換手段の出力電圧値が小さくなるように前記マグネトロンのフィラメントに印加するフィラメント電圧を調整するフィラメント電圧調整手段と、
を具備することを特徴とするマグネトロン駆動電源装置。
【請求項２】
前記フィラメント電圧調整手段は、フィラメント電圧の調整を、フィラメント定格電圧から０Ｖに向けて減圧することを特徴とする請求項１に記載のマグネトロン駆動電源装置。
【請求項３】
前記出力電流検出手段で検出された出力電流の平均値を求める平均値算出手段と、
前記平均値算出手段で求められた前記出力電流の平均値とユーザによって設定された前記マグネトロンの出力設定値に基づくアノード電流の設定値とを比較し、前記出力電流の平均値が前記アノード電流の設定値を下回ったときに所定の信号を出力する比較手段と、
を具備し、
前記フィラメント電圧調整手段は、前記比較手段から所定の信号が出力されると、そのときの前記高調波変換手段の出力電圧値がそれ以上小さくならないように前記フィラメント電圧の調整を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載のマグネトロン駆動電源装置。
【請求項４】
マグネトロンの駆動方法であって、マグネトロンのアノード電流の平均値を監視しながら、当該平均値がユーザによって設定された前記マグネトロンの出力設定値に基づくアノード電流の設定値を下回らないように、且つアノード電流に含まれる高調波が最低になるように、前記マグネトロンに印加するフィラメント電圧をフィラメント定格電圧から０Ｖの間で調整することを特徴とするマグネトロン駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流もしくは脈流をスイッチングして交流高電圧を発生し、発生した交流高電圧を平滑した直流高電圧でマグネトロンを駆動するマグネトロン駆動電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、上述したスイッチング方式のマグネトロン駆動電源装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図３は、従来のマグネトロン駆動電源装置の一例の構成を示すブロック図である。図３において、マグネトロン駆動電源装置１００は、全波整流部１０１と、平滑部１０２と、スイッチング式昇圧部１０３と、全波倍電圧整流部１０４と、平滑部１０５と、カレントトランス１０６と、スイッチング制御部１０７と、ヒータトランス部１０８と、電源スイッチ１０９とを備えている。
【０００４】
全波整流部１０１は、電源１２０からの単相電源を全波整流する。平滑部１０２は、全波整流後の脈流を直流に平滑する。ここで、平滑部１０２には図示せぬカレントトランスが挿入されており、入力電流が検出される。検出された入力電流はスイッチング制御部１０７に入力される。スイッチング式昇圧部１０３は、共振コンデンサ１０３１と、昇圧用の高圧トランス１０３２と、トランジスタ１０３３とから構成され、スイッチング制御部１０７より与えられる２０〜５０ｋＨｚのスイッチング制御信号によってトランジスタ１０３３がスイッチング動作し、このスイッチング動作によって高圧トランス１０３２の二次巻線に交流高電圧が発生する。なお、トランジスタ１０３３は主に転流ダイオードと一体に形成されてＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）と呼ばれている。
【０００５】
全波倍電圧整流部１０４は、高圧ダイオード１０４１及び１０４２と、コンデンサ１０４３及び１０４４とから構成され、スイッチング式昇圧部１０３の高圧トランス１０３２の二次巻線で発生した交流高電圧を全波倍電圧整流して高圧直流電圧を出力する。平滑部１０５は、全波倍電圧整流部１０４から出力された高圧直流電圧を平滑してリップル分を低減する。
【０００６】
カレントトランス１０６は、全波倍電圧整流部１０４においてマグネトロン１３０のアノード電流に相当する出力電流を検出する。スイッチング制御部１０７は、上述したようにスイッチング式昇圧部１０３のトランジスタ１０３３に２０〜５０ｋＨｚのスイッチング制御信号を与えてスイッチング動作させる。この際、ユーザによる出力の設定値に基づいてスイッチング周波数、デューティ等を設定し、さらに入力電流と出力電流それぞれの検出信号を元にスイッチング周波数、デューティ等の制御を行う。ヒータトランス部１０８は、電源１２０からの交流電源電圧を減圧してマグネトロン１３０のフィラメントに供給する。
【０００７】
マグネトロン１３０は、電源スイッチ１０９が投入されることにより、ヒータトランス部１０８からヒータ用の交流電圧が印加され、これにより陰極が傍熱されてエミッション可能な状態となる。この状態で高圧直流電圧が印加されると電磁波エネルギーを発生する。そして、出力電流値が一定になるようにスイッチング式昇圧部１０３に対してスイッチング周波数、デューティ等の制御が行われる。また、入力電流と出力電流それぞれの検出信号から異常が検出されれば、スイッチング式昇圧部１０３の動作の停止等が行われる。
【０００８】
なお、上述した従来のマグネトロン駆動電源装置１００では、直流をスイッチングして交流を発生する方式であるが、平滑部１０２を省いて脈流をスイッチングして交流を発生する方式もある。
【０００９】
【特許文献１】特開平０５−０４７４６７号公報（第２頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、従来のマグネトロン駆動電源装置においては、次のような問題がある。すなわち、マグネトロンのアノード電流を直流にするために、高圧電源の平滑部の性能を高めて完全な直流にしても、実際にマグネトロンを動作させた場合にはアノード電流に不均一な振動が現れて、瞬時値が絶えず変動した電流となる。これが原因で安定した高周波出力が得られず、しかもその振動が同一種類のマグネトロンでも個々によって異なっている。この現象はアノード電流を脈流とした場合でも同様であり、高圧電源の平滑部の性能を高めて完全に脈流の山部間を直流化してもアノード電流に不均一な変動が現れてしまう。このアノード電流の不均一な変動をオシロスコープ等の測定器で観察すると、直流や電流周波数の脈流を示す電流ではなく、瞬時値が絶えず変動した電流である。
【００１１】
本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、マグネトロンを駆動した際にアノード電流に現れる不均一な振動を低く抑えることができるマグネトロン駆動電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的は下記構成により達成される。
（１）  単方向電圧をスイッチングすることで交流高電圧を生成するスイッチング手段と、前記スイッチング手段にて生成された交流高電圧を整流して直流高電圧を出力する整流手段と、を具備し、前記整流手段から出力される直流高電圧をマグネトロンに印加するマグネトロン駆動電源装置において、前記マグネトロンのアノードに流入する出力電流を検出する出力電流検出手段と、前記出力電流検出手段で検出された出力電流からマグネトロンのアノード電流の振動と比例する周波数成分を多く含む帯域の成分を抽出し、抽出した信号成分を整流して出力する高調波変換手段と、前記高調波変換手段の出力電圧値が小さくなるように前記マグネトロンのフィラメントに印加するフィラメント電圧を調整するフィラメント電圧調整手段と、を具備することを特徴とする。
【００１３】
（２）  上記（１）に記載のマグネトロン駆動電源装置において、前記フィラメント電圧調整手段は、フィラメント電圧の調整を、フィラメント定格電圧から０Ｖに向けて減圧することを特徴とする。
【００１４】
（３）  上記（１）又は（２）のいずれかに記載のマグネトロン駆動電源装置において、前記出力電流検出手段で検出された出力電流の平均値を求める平均値算出手段と、前記平均値算出手段で求められた前記出力電流の平均値とユーザによって設定された前記マグネトロンの出力設定値に基づくアノード電流の設定値とを比較し、前記出力電流の平均値が前記アノード電流の設定値を下回ったときに所定の信号を出力する比較手段と、を具備し、前記フィラメント電圧調整手段は、前記比較手段から所定の信号が出力されると、そのときの前記高調波変換手段の出力電圧値がそれ以上小さくならないように前記フィラメント電圧の調整を行うことを特徴とする。
【００１５】
（４）  マグネトロンの駆動方法であって、マグネトロンのアノード電流の平均値を監視しながら、当該平均値がユーザによって設定された前記マグネトロンの出力設定値に基づくアノード電流の設定値を下回らないように、且つアノード電流に含まれる高調波が最低になるように、前記マグネトロンに印加するフィラメント電圧をフィラメント定格電圧から０Ｖの間で調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
上記（１）に記載のマグネトロン駆動電源装置では、マグネトロンのアノードに流入する出力電流を検出して、その検出信号に含まれる高調波の中からアノード電流の振動と比例する周波数成分を多く含む帯域の成分を抽出し、抽出した信号成分が小さくなるようにマグネトロンのフィラメントに印加するフィラメント電圧を調整する。これにより、振動の少ないアノード電流が得られるフィラメント電圧が設定されるので、マグネトロンを駆動した際にアノード電流に現れる不均一な振動を低く抑えることができ、安定した高周波出力が得られる。
【００１７】
また、アノード電流の振動が低減することから、アノード電流の振動により発生するノイズも小さくなる。
【００１８】
また、マグネトロンのアノード側に印加する高圧電源を生成する回路は、従来のマグネトロン駆動電源装置と変わらないので、新規の手段を追加することによるコストアップを最小限に抑えることができる。
【００１９】
また、電源効率については、電力の大きいアノード側高圧電源は従来通りで、もう一方の電力の少ないフィラメント側電源も電力制御するだけの違いであるので、その電力制御部も回路方式をスイッチング等で極力損失を抑えれば、総合的に従来電源と比較しても０．２％増加で済ませることが可能である。
【００２０】
上記（２）に記載のマグネトロン駆動電源装置では、フィラメント電圧の調整を、フィラメント定格電圧から０Ｖに向けて減圧して行く。これにより、マグネトロンの動作を停止させることなく、振動の少ないアノード電流が得られるフィラメント電圧を設定することができる。
【００２１】
上記（３）に記載のマグネトロン駆動電源装置では、フィラメント電圧調整時にアノード電流の平均値を監視し、アノード電流の平均値がアノード電流設定値を下回る場合にはフィラメント電圧調整を抑制する。これにより、ユーザが設定したマグネトロンの出力設定値を下回ることなく、高調波の最も低いアノード電流が得られるフィラメント電圧を設定することができる。すなわち、アノード電流と高調波低減とを両立させることができる理想的なフィラメント電圧の設定が可能となる。
【００２２】
上記（４）に記載のマグネトロン駆動方法では、マグネトロンのアノード電流の平均値を監視しながら、当該平均値がアノード電流の設定値を下回らないように、且つアノード電流に含まれる高調波が最低になるように、マグネトロンに印加するフィラメント電圧を調整するので、アノード電流と高調波低減とを両立させることができる理想的なフィラメント電圧の設定が可能となる。また、アノード電流の振動が低減するので、アノード電流の振動によって発生するノイズも小さくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係るマグネトロン駆動電源装置の構成を示すブロック図である。なお、この図において前述した図３と同一の作用をなす部分については同じ符号を付け、またその説明を省略する。
【００２４】
この実施の形態のマグネトロン駆動電源装置１は、図３に示す従来のマグネトロン駆動電源装置１００と共通の構成に加えて、高調波変換部２、信号変換部３、電力制御部４、平均値変換部５、比較部７を備えている。スイッチング制御部６は、ユーザがスイッチング制御部６に対して設定したマグネトロン１３０の出力設定値に基づくアノード電流の設定値を出力する点が従来のスイッチング制御部１０７（図３参照）と異なっている。高調波変換部２は、カレントトランス１０６で検出されたアノード電流に相当する出力電流から高調波分を検出し、整流して制御電圧Ｖｄを出力する。
【００２５】
信号変換部３は、高調波変換部２から出力される制御電圧Ｖｄを電力制御部４が扱うことができる電圧値に変換して制御電圧Ｖｃとして出力し、また比較部７から平均値監視電圧Ｖｏｂが出力された場合に制御電圧Ｖｃの出力を停止する。電力制御部４は、信号変換部３から出力される制御電圧Ｖｃが小さくなる方向に、電力制御を行ってフィラメント電圧を調整する。この電力制御においては、スイッチング制御又はトライアック等を用いた導通角制御又はスライダック等の手段が用いられる。
【００２６】
平均値変換部５は、カレントトランス１０６で検出されたアノード電流に相当する出力電流の平均値を求める。比較部７は、平均値変換部５で求められた出力電流の平均値とユーザがスイッチング制御部６に対して設定したマグネトロン１３０の出力設定値に基づくアノード電流の設定値とを比較し、出力電流の平均値がアノード電流設定値を下回ると平均値監視電圧Ｖｏｂを出力する。すなわち、マグネトロン１３０のフィラメント電圧調整において、マグネトロン１３０のアノード電流に相当する出力電流の平均値がアノード電流設定値を下回らないように歯止めをかけるために平均値監視電圧Ｖｏｂを出力する。比較部７から平均値監視電圧Ｖｏｂが出力されると、信号変換部３が制御信号Ｖｃの出力を停止する。このような制御を行うことでアノード電流と高調波低減とを両立させることができる。
【００２７】
ここで、図２は、マグネトロンに印加するフィラメント電圧とアノード電流並びに高調波電圧との関係を示すグラフである。同一種類のマグネトロンであっても個々によって特性が異なり、この図では２つのマグネトロンの特性（アノード電流Ａ、アノード電流Ｂ）を示している。マグネトロンに印加するフィラメント電圧を定格フィラメント電圧から０Ｖに向けて減圧させて行くと、高調波電圧が最低になるフィラメント電圧が得られる。このとき、フィラメント電圧における出力電流の平均値がアノード電流設定値以上であれば、最も高調波の少ないアノード電流が得られるフィラメント電圧を設定できる。
【００２８】
ところで、フィラメント電圧における出力電流の平均値がアノード電流設定値を下回ればユーザが設定した出力が得られないので、アノード電流が低下し過ぎない程度でフィラメント電圧を調整する必要がある。平均値変換部５と比較部７はこの点を考慮したものであり、これらを設けることでユーザが設定したマグネトロンの出力設定値を下回ることなく高調波の最も低いアノード電流が得られるフィラメント電圧の設定が可能になる。すなわち、アノード電流と高調波低減とを両立させることができる理想的なフィラメント電圧の設定が可能となる。
【００２９】
このような構成のマグネトロン駆動電源装置１において、全波整流部１０１と平滑部１０２で商用電源１２０を単方向電圧に変換し、それをスイッチング式昇圧部１０３で高周波電圧に変換して昇圧した後、さらに全波倍電圧整流部１０４で倍電圧整流して高圧の直流電圧に変換し、さらに平滑部１０５で直流電圧からリップル分を除去してマグネトロン１３０に印加する。マグネトロン１３０はこの直流高電圧で付勢されてマイクロ波を発生する。
【００３０】
マグネトロン１３０に直流高電圧が印加されて動作状態となると、カレントトランス１０６でマグネトロン１３０に流れるアノード電流に相当する出力電流が検出され、検出信号がスイッチング制御部６と、高調波変換部２と、平均値変換部５それぞれに入力される。高調波変換部２では、検出信号に含まれる高調波の中からアノード電流の振動と比例する周波数成分を多く含む帯域の成分が抽出され、さらに抽出された信号成分が整流されて制御電圧Ｖｄとして出力される。高周波変換部２から出力された制御電圧Ｖｄは信号変換部３で、電力制御部４で扱うことができる電圧値に変換されて、制御電圧Ｖｃとして電力制御部４に入力される。
【００３１】
一方、平均値変換部５では、カレントトランス１０６で検出されたアノード電流に相当する出力電流の平均値が求められ、その結果が比較部７に入力される。比較部７には、ユーザがスイッチング制御部６に対して設定したマグネトロン１３０の出力設定値に基づくアノード電流の設定値も入力されて、このアノード電流の設定値と平均値変換部５で求められた出力電流の平均値との比較が行われ、出力電流の平均値がアノード電流設定値を下回ると平均値監視電圧Ｖｏｂが出力される。
【００３２】
電力制御部４では、信号変換部３から出力される制御電圧Ｖｃが小さくなる方向に電力制御が行われてフィラメント電圧が調整される。この際、定格フィラメント電圧から０Ｖに向けてフィラメント電圧が減圧される。フィラメント電圧調整中にはアノード電流の設定値と出力電流の平均値との比較が行われており、もし出力電流の平均値がアノード電流の設定値を下回ると、比較部７から平均値監視電圧Ｖｏｂが出力されて信号変換部３から制御電圧Ｖｃが出力されなくなる。これにより、アノード電流の低下が防止され、マージンを含めた直前の調整値にフィラメント電圧が設定される。
【００３３】
このように、本実施の形態のマグネトロン駆動電源装置１によれば、マグネトロン１３０のアノード電流に相当する出力電流の平均値を監視しながら、当該平均値がユーザによって設定されたマグネトロン１３０の出力設定値に基づくアノード電流の設定値を下回らないように、且つアノード電流に含まれる高調波が最低になるように、マグネトロン１３０に印加するフィラメント電圧をフィラメント定格電圧から０Ｖの間で調整する。したがって、マグネトロン１３０のアノード電流に現れる振動を最小限に抑えることができるフィラメント電圧が設定されるので、マグネトロン１３０に直流又は脈流のアノード電流を安定して流すことができ、安定した高周波出力が得られる。
【００３４】
なお、上記実施の形態では、直流をスイッチングする方式であったが、平滑部１０２を省いて脈流をスイッチングする方式でも勿論同様の効果が得られる。また、上記実施の形態では、出力電流を全波倍電圧整流部１０４で検出するようにしたが、図１の点線で示すように平滑部１０５の出力側で検出するようにしても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、マグネトロンを駆動した際にアノード電流に現れる不均一な振動を低く抑えることができるといった効果を有し、電子レンジなどのマグネトロンを使用する用途への適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施の形態に係るマグネトロン駆動電源装置の構成を示すブロック図
【図２】マグネトロンに印加するフィラメント電圧とアノード電流並びに高調波電圧との関係を示すグラフ
【図３】従来のマグネトロン駆動電源装置の一例の構成を示すブロック図
【符号の説明】
【００３７】
１  マグネトロン駆動電源装置
２  高調波変換部
３  信号変換部
４  電力制御部
５  平均値変換部
６  スイッチング制御部
７  比較部
１０３  スイッチング式昇圧部
１０４  全波倍電圧整流部
１０５  平滑部
１０６  カレントトランス
１０８  ヒータトランス部
１３０  マグネトロン
【図１】
2005222768.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005222768.tif 000005